KS8993型高性能交換電路及其應(yīng)用

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1引言KENDIN公司推出的KS8993是業(yè)界第一款包含3端口10/100物理層收發(fā)器、3個帶有1個Layer2交換器的MAC單元以及緩存的高性能以太網(wǎng)快速交換電路，集成了10BaseT/100BaseTX/100BaseFXPHY和16K×32的SRAM緩沖區(qū)，其帶寬可達到1Gbps。具有低功耗、功能齊全和易于調(diào)試等特點。KS8993主要具有以下特性：符合IEEE802.3以太網(wǎng)標準和IEEE802.3μ快速以太網(wǎng)標準；支持基于端口的VLAN，基于硬件的10/100速率轉(zhuǎn)換及自動協(xié)商機制；支持10M/100M和全雙工/半雙工自適應(yīng)功能；支持全雙工的IEEE802.3x流量控制及半雙工的流量控制；片內(nèi)集成地址對照引擎、自動地址分析、老化和移位；MAC地址自學習、自更新功能；可支持優(yōu)先級排隊、未屏蔽雙絞線和光纖；采用128引腳的PQFP型封裝。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1是KS8993的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。下面介紹KS8993中各主要模塊的原理。(1)地址對照引擎KS8993內(nèi)置存儲MAC地址及其相關(guān)信息的地址對照表。該表能夠提供1K字48位的中央地址存儲器地址和交換信息。(2)SRAM緩沖器KS8993內(nèi)置一個用于存儲幀的16K字32位的SRAM緩沖器。這一資源是由該電路的3個端口共享。每個端口分配多大空間的緩沖器可以通過系統(tǒng)設(shè)置來決定。(3)流量控制在KS8993中，幀的接收與發(fā)送支持802.3x標準。KS8993剛剛接收一個數(shù)據(jù)包，假如該數(shù)據(jù)包的目標端口資源被占用，KS8993將對接收數(shù)據(jù)包的端口進行流量控制。這時，KS8993會發(fā)出一個含有最大停頓時間的流量控制幀。一旦目標端口資源被釋放，KS8993就發(fā)出其他不含停頓時間的幀。3KS8993的輸入接口和輸出接口如圖2所示，KS8993的輸入接口和輸出接口主要分為：物理接口、MII接口、串行網(wǎng)絡(luò)接口、LED指示接口、非管理編程接口、控制和其他接口、工廠測試接口、電源和地接口。3.1物理接口KS8993分別提供3路收發(fā)信號接口，分為變壓器和光纖兩種模式與媒體介質(zhì)相連。光纖模式下，三路光信號檢測接口接光纖信號檢測輸出口可完成光信號檢測。還需為傳輸數(shù)據(jù)設(shè)置抽頭變壓器參考值，并設(shè)置發(fā)送電流值。3.2介質(zhì)無關(guān)接口（MII）介質(zhì)無關(guān)接口（MII）的作用是使物理層可以支持不同的介質(zhì)類型。MII引腳信號包括接收、發(fā)送數(shù)據(jù)、發(fā)送使能、沖突監(jiān)測、收發(fā)時鐘和故障指示等。還提供了載波活動、沖突檢測和管理接口信號。數(shù)據(jù)穿越MII的速率是每個時鐘周期為一個半位元組（4位），即25Mbps。MII工作在forward和backward兩種模式下。在forward模式下，KS8993的MAC3利用外接的PHY進行通信；在backward模式下，外部的MAC利用KS8993的PHY3進行通信。3.3串行網(wǎng)絡(luò)接口串行網(wǎng)絡(luò)接口與用于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議處理的控制器兼容，可以直接與這些類型的設(shè)備連接。傳輸信號分為兩類：一類負責發(fā)送，包括發(fā)送使能、沖突檢測、串行發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送時鐘等。另一類負責接收，包括載波監(jiān)聽、串行接收和接收時鐘。3.4LED指示接口狀態(tài)指示信號可以設(shè)置為速度指示、沖突指示、全雙工/半雙工指示等?？梢愿鶕?jù)需要外接一定數(shù)目的LED燈指示電路的工作狀況。3.5非管理編程接口按功能表設(shè)置MODESEL[3：0]引腳電平可規(guī)定LED的工作模式。設(shè)置MTXD[3：1]引腳可實現(xiàn)全雙工和半雙工模式。設(shè)置MIIS[1：0]引腳使KS8993的MII接口工作在forward或reverse模式。設(shè)置MRXD[0]引腳為高電平，KS8993可禁止MAC3的自動協(xié)商功能。設(shè)置MRXD[3]引腳為低電平，使KS8993的MAC3工作在半雙工模式。諸如此類，靈活設(shè)置這些非管理編程接口電平還可以實現(xiàn)自動協(xié)商機制、MAC地址自學習、符合802.1p的優(yōu)先級排隊、自更新等功能。3.6控制和其他接口接外部晶振或輸入時鐘信號和系統(tǒng)復(fù)位信號。3.7電源和地接口KS8993采用單2.5V工作電壓，包括收發(fā)驅(qū)動器在內(nèi)的總功耗為300mA（750mW），具有低損耗特性。4典型應(yīng)用KS8993包含3端口10/100自適應(yīng)物理層收發(fā)器和3個帶有一個Layer2交換器的MAC單元。在實際應(yīng)用中，KS8993既可以配置為一個獨立的3端口器件，如圖3（a）所示，也可以為了滿足需要（如將DSL與一部IP電話和PC相連時），配置成為兩端口加一個MII端口的形式，如圖3（b）所示。MII端口可以連接外部處理器，用于路由目的和公共網(wǎng)絡(luò)訪問。圖4是KS8993在IP電話中的應(yīng)用。端口1連接個人計算機，端口2連接電話，端口3則設(shè)置成MII端口，用于路由目的。KS8993的每一個端口都設(shè)有一個3位的VLAN掩碼寄存器（PV1、PV2和PV3）。通過設(shè)置寄存器中的掩碼，可以設(shè)定KS8993中3個端口的功能，其中，一個典型的應(yīng)用是將2個端口設(shè)置成轉(zhuǎn)換器，另一個端口設(shè)置為路由器。要實現(xiàn)這一功能，3個VLAN掩碼寄存器的設(shè)置為PV1（1，0，1）、PV2（0，1，1）和PV3（1，1，1）。在這個設(shè)置中，KS8993可以用于連接2個VLAN，VLAN1包括端口1和端口3，VLAN2包括端口2和端口3。當VMDIS（VlanMismatchDIScard）＝1時，端口1和端口2之間不能直接通信，此時端口3就要在端口1所屬的VLAN1和端口2所屬的VLAN2之間進行路由選擇。當VMDIS＝0時，如果端口收發(fā)的是廣播數(shù)據(jù)包，則所有端口之間都可以直接通信；如果端口收發(fā)的是多播數(shù)據(jù)包，那么這些數(shù)據(jù)包的傳輸將被限制在同一個VLAN中。VMDIS＝0這種特性常被用于廣播/多播協(xié)議轉(zhuǎn)換。5結(jié)束語使用KS8993時應(yīng)當注意：在reverse操作下，MI